淮河能源控股集团煤炭开采国家工程技术研究院 王传兵 宋小华 刘凯——煤炭企业碳达峰碳中和实施方案研究

煤炭开采国家工程技术研究院 王传兵 宋小华 刘凯 

摘要：为实现习近平总书记提出的“2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和”目标，以及“要把实现减污降碳协同增效作为促进经济社会发展全面绿色转型的总抓手，把碳达峰、碳中和纳入经济社会发展和生态文明建设整体布局中”的指示精神，淮河能源集团彰显国有企业担当精神，积极落实国家节能减排相关政策，推动能源结构绿色低碳转型，开创企业转型发展新方向，全面布局绿色低碳产业。通过实施淘汰落后产能、发展清洁能源、煤电联合运营、瓦斯综合利用、地面预抽瓦斯等方法举措，探索出一条淮河能源集团的节能减排之路；通过跨临界CO2的深部开采热害治理、煤层顶底板水平井分段分簇压裂、煤矸石充填开采等创新技术研究与试验，为将淮河能源集团打造成“绿色、清洁、高效、低碳”的国家级转型升级示范企业和国家级新型清洁能源基地奠定了坚实的基础。

关键词：矿区资源 高效利用 清洁低碳 绿色发展

目前，我国CO2的年排放量接近100亿吨，其中煤炭消费的排放约占75%，数据表明，“2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和”目标，煤炭行业减碳任务尤为艰巨。任重道远，更须蹄疾步稳，认清煤炭是国家能源安全的“压舱石”作用短期内不可替代的形势，抓住新能源开发利用技术不断取得突破的机遇，坚定“双碳”目标一定会实现的信心。因地制宜，研究制定淮河能源集团碳达峰碳中和实施方案，组织实施淮河能源集团减少碳排放示范工程。

一、认清当前煤炭依然是我国能源安全的“压舱石”形势，逐步调整能源结构。

能源安全稳定供应是一个国家安全的保障和强盛的基石。在国际能源博弈和地缘政治冲突不断加剧的背景下，煤炭依然是我国能源安全的“压舱石”，短期内没有资源能替代煤炭的兜底保障作用。应当深刻认识我国能源资源禀赋、经济社会发展要求和能源发展规律，煤炭仍然是我国最经济安全的能源资源，以煤为主的能源资源禀赋，决定了未来相当长一段时间我国经济社会发展仍将离不开煤炭，仍需要煤炭发挥基础能源作用。因此在碳达峰碳中和过程中，煤炭总量消费不可能断崖式下降。自2014年到2022年，煤炭在能源消费中的占比呈现了逐步下降趋势；可以预见的是，2023年到2060年，煤炭在能源消费中的占比还会逐步下降，由主体能源转变为基础能源，再由基础能源转变为调峰保障能源。

“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期。调整能源结构，限制煤矿等化石能源无序扩张，大力发展风、光等清洁能源等，构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。“双碳”目标对煤炭行业是个革命性的要求，我们必须清醒认识，积极应对，加快绿色低碳转型的步伐。

淮河能源集团作为省属骨干能源企业，准确判断国内外环境变化，从战略高度认识新时代国有能源企业的重要地位，做好保障国家能源供应安全的“稳定器”和“压舱石”，扛起能源安全供给、保障经济社会发展、能源保价稳供、能源工业可持续发展和能源行业科技创新责任。积极主动作为，大力推进化石能源清洁化、清洁能源规模化、能源布局集约化发展，加快企业低碳转型，实现碳达峰目标和碳中和愿景。淮河能源集团由早前的单一煤炭主业逐步转型为煤、电、气三大能源主业同步发展，建成田集电厂(2×630MW+ 2×660MW)、凤台电厂(2×630MW+2×660MW)、顾桥电厂(2×330MW)、潘三电厂(2×135MW)、潘集电厂（一期2×660MW）等煤电合营项目；在建我国首座长江内河芜湖LNG接收站、安徽省首批天然气调峰电厂滁州电厂、丁集采煤沉陷区水面光伏（一期200MW）等项目；2023年拟建潘集电厂（二期2×660MW）、谢桥电厂（2×660MW）等煤电合营项目，优化了产业结构调整，强化了产业协同发展，推动了企业发展转型。

二、依托“双碳”目标机遇，着力开展煤炭行业技术升级。

“双碳”目标对于煤炭行业既是巨大挑战，也是空前机遇。碳中和作为一种新型环保形式，能够推动绿色的生产生活，实现全社会绿色发展，碳中和带来的环境资源问题和节能减排压力迫使传统能源产业加快转型升级。在挑战与机遇并存下，煤炭行业势必迎来新一轮技术升级和产业转型，煤炭行业由自动化向智能化、无人化迈进，由超低排放向近零排放、零排放迈进。“双碳”目标下，风、光等可再生能源发电成为增量电力供应的主要来源。近年来，通过大力发展风能、太阳能等可再生能源发电技术，非化石能源发电在我国电力结构中的占比显著上升，持续优化了我国的电力结构。

“双碳”目标下，煤炭产量将回归合理规模，走高质量发展、高端发展之路，迈向更加重视生产、加工、储运、消费全过程安全、绿色、低碳、经济的存量时代，走优质、高效、洁净、低耗的能源可持续发展道路，聚焦“绿色开采、清洁利用、生态治理”的产业方向。

淮河能源集团经过多年的沉淀与积累，具备高质量发展的科技创新能力，技术创新体系不断健全完善，科技创新驱动发展的能力显著增强。瓦斯治理技术处于国际领先水平；特厚煤层综放开采、煤与瓦斯共采、无煤柱开采等、燃煤超低排放发电等达到国内领先水平；煤炭资源回收率、矿井水综合利用率、煤矸石综合利用处置率、井下瓦斯抽采利用率达到历史最好水平。目前紧紧围绕煤矿瓦斯、水、火、地压、地温等重大灾害治理技术难题组织攻关，创新灾害治理技术，固化灾害治理模式，实施智慧矿山建设创新项目，开展瓦斯灾害防控大数据平台成果应用研究等，为淮河能源集团煤炭安全、高效开采做好技术储备。

三、因地制宜，研究制定契合淮南矿区碳减排实施方案

煤矿区除了丰富的煤炭资源外，还有大量的土地、风、光等自然资源，具有发展可再生能源的先天优势，采煤沉陷区可为燃煤发电和风光发电深度耦合提供土地资源。同时伴随煤炭开采的瓦斯气、煤泥、煤矸石、矿井水等衍生资源，可以通过不同方式进行高效清洁利用。

淮河能源集团因地制宜，基于“双碳”目标引领，研究制定了适合淮南矿区的碳减排之路。主要着手以下几个方面：

一是充分利用矿区现有资源，淘汰矿区35t/h以下燃煤锅炉，采用清洁能源替代。数据表明，工业锅炉每燃烧一吨标准煤,产生CO2约2600kg，SO2约8.5kg，NOx约7.4kg,因此燃煤锅炉淘汰极大减少了大气污染源；二是依靠创新技术，充分利用瓦斯资源，8%以上浓度瓦斯全部用来发电，8%以下浓度瓦斯氧化利用，消除瓦斯直排带来的温室效应。研究表明煤矿瓦斯主要成分为甲烷，甲烷排入大气之后的温室效应是CO2的21倍；三是开展煤层气地面预抽，煤层气开发利用减碳效应明显，研究表明每利用1亿立方米煤层气，相当于减排150万吨CO2；四是充分利用采煤沉陷区土地资源，大力发展水面光伏，打造光伏＋采煤沉陷区综合治理一体化示范项目；五是依托煤炭资源优势，就近兴建煤电一体化联营项目，资源共享，优势互补，打造煤电一体化绿色循环示范产业园区。

四、担当作为，淮河能源集团碳达峰碳中和工程实践

（一）淘汰矿区35t/h以下燃煤锅炉

“双碳”目标下，淘汰低效率高排放小燃煤锅炉，采用绿色低碳能源替代是当务之急。淮河能源集团提前谋划，分析论证，基于采用矿井优质余热（压风机、瓦斯发电余热等）利用、矿井低浓瓦斯氧化利用、矿井回风乏风利用、接入附近电厂蒸汽利用等热源方案的原则，全部淘汰淮南本土35t/h以下燃煤锅炉。具体工程实践如下：

顾桥（含顾南）煤矿利用顾桥电厂蒸汽供热替代了3×15t/h+2×10t/h燃煤锅炉；顾北煤矿利用凤台电厂蒸汽供热替代了3×15t/h燃煤锅炉；潘三煤矿利用潘三电厂蒸汽供热替代了3×10t/h燃煤锅炉；丁集煤矿采用新建2台90000Nm3/h低浓瓦斯氧化供热装置替代了4×8t/h燃煤锅炉；朱集东煤矿（含潘二矿潘四东井）利用潘三电厂蒸汽供热替代了4×10t/h+3×10t/h燃煤锅炉；张集煤矿中央区采用“喷淋式回风换热+压风机余热+瓦斯发电余热”供热替代了2×15t/h+2×10t/h燃煤锅炉；张集煤矿北区采用顾桥电厂蒸汽供热替代了3×10t/h燃煤锅炉；潘二煤矿（本井）采用天然气锅炉+压风机余热供热替代了3×15t/h+1×8t/h燃煤锅炉；谢桥煤矿采用新建3台90000Nm3/h瓦斯氧化供热装置替代了2×20t/h+2×25t/h燃煤锅炉；潘一煤矿（东区）采用2×3t/h+8t/h燃气锅炉供热替代了4×10t/h燃煤锅炉。

上述实施方案已于2021年6月前全部完成，35t/h以下燃煤锅炉全部退出淮南矿区。按照燃煤锅炉年均3000小时开机率，每吨燃煤锅炉耗煤量160kg/h计，粗略计算，淮河能源集团本土关闭的燃煤锅炉减少煤炭消耗量约24万吨/年，减排CO2约62.4万吨/年。

实践表明，淮河能源集团本土煤业全部关闭35t/h以下燃煤锅炉，不拘于形式，因地制宜，就地取材，差异化方案，采用清洁能源替代的实施方案非常成功，为煤炭行业内低效率、高排放小锅炉退出找到了方向，树立了标杆，起到很好的示范效应。

（二）瓦斯资源利用

煤矿生产过程中伴随着瓦斯排放不仅浪费了洁净能源，而且是影响全球气候变暖的重要因素之一。因此减少煤矿瓦斯排放将成为淮河能源集团实现碳达峰目标和碳中和愿景的重要途径之一。预计“十四五”期间，淮河能源集团瓦斯抽采量约3.5亿m3/年，其中8%以上浓度瓦斯约有1.2亿m3，8%以下的瓦斯约有2.3亿m3。矿井对电能、热能、冷能都有大量的需求，同时也有大量的瓦斯资源，结合矿井各种热能（热、电、冷）的需求，优化瓦斯发电机组、瓦斯氧化装置、余热装置、制冷装置的配置，对矿井瓦斯进行综合利用，向矿井瓦斯抽采零排放目标努力。

1.瓦斯发电利用

淮河能源集团本土煤业8%以上浓度瓦斯利用瓦斯发电机组直接发电。目前淮河能源集团共运行瓦斯发电站10座，装备瓦斯发电机组102台，总装机规模75.6MW。截至2022年底，累计利用瓦斯发电39.92亿kWh，累计利用纯瓦斯21.31亿m3。按照“每利用1亿m3纯甲烷（瓦斯主要成分为甲烷），相当于减排 150 万吨 CO2”理论，估算累计减排3196万吨CO2。预计“十四五”期间淮河能源集团每年约有1.2亿m38%以上的浓度瓦斯抽采量，瓦斯发电前景广阔，空间巨大。

2.瓦斯氧化利用

淮河能源集团目前8%以下低浓瓦斯利用方向主要是瓦斯氧化利用。将8%以下的浓度的瓦斯掺混到1.2%左右进入瓦斯氧化装置，经高温氧化后产生热源，满足煤矿热、电、冷等能源需要，同时利用内燃发电机的余热为煤矿提供热水，产生的高温蒸汽利用背压式汽轮机发电。

丁集煤矿建设两台90000Nm3/h低浓瓦斯氧化炉，配套一台1000kW背压式汽轮发电机组和一台3000kW凝汽式汽轮发电机组； 谢桥煤矿建设三台90000Nm3/h低浓瓦斯氧化炉，配套三台10t/h外置余热锅炉。产生冷源用于井下降温或办公、生活场所降温，热源为矿井供暖或为澡堂提供热水，替代矿井使用的燃煤锅炉，实现了热、电、冷联供。

淮河能源集团开辟了淮南矿区低浓瓦斯利用新篇章，同时利用超低浓度瓦斯氧化技术替代燃煤锅炉，属国内首创。对比传统煤锅炉，瓦斯氧化充分利用煤矿原本废弃的低浓度瓦斯，运营期间无粉尘排放，NOX等废气超低排放，符合节能环保要求，满足煤矿用能需求。

五台90000Nm3/h错峰运行，估算年利用低浓瓦斯3500万Nm3，折算为纯瓦斯约200万m3，相当于年减排3万吨CO2，装配瓦斯氧化装置矿井瓦斯利用率达95%以上。

超低浓瓦斯氧化项目优化淮河能源集团能源结构形式，实现能源梯级利用。超低浓瓦斯氧化项目通过多能互补、余热高效梯级利用、储能与分布式能源系统耦合、智能化数字化与分布式能源耦合、分布式能源系统等技术研究和应用，满足集团公司能源结构转型，构建新一代能源系统愿景。结合国家重点发展战略和智能矿井的发展目标，以分布式能源为主的区域能源系统的应用，在未来矿井能源转型升级中具有广阔的发展空间。

（三）煤层气开发利用

煤层气开采方式主要包括井下煤层气抽采和地面钻采煤层气两大类。井下抽采多伴随煤炭开采进行，地面钻采则不受煤炭开采的限制，一般可在开采煤层前进行煤层气的开采。煤层气综合抽采是未来煤矿和煤层气综合开发的趋势，即开采煤层前进行预抽，卸压邻近层瓦斯边采边抽以及采空区煤层气抽采。

淮河能源集团于2018年开始地面瓦斯治理技术工程实践。淮南矿区煤层气开采未知因素多，前期投入大，技术要求高，集团公司不畏困难，勇于担当作为，敢于探索实践，经过不断探索、研究、试验，已形成一定开采规模。通过引进业界先进的煤层顶（底）板水平井分段分簇压裂技术，先后施工6口煤层气开发试验井、12口L型地面瓦斯治理井和8口U型地面瓦斯治理井，共计施工26口地面井，2023年计划施工3口。单井最高日产气量已突破5500m3，最高单井产气量已突破100万m3，累计产气量已达720万m3。煤层气地面抽采甲烷浓度含量基本在95%以上，可以直接进入市政天然气管网。

煤层气开发利用减碳效应明显，研究表明每利用1亿立方米煤层气，相当于减排150万吨CO2。为实现碳中和的长远目标，控制煤炭消费、清洁高效利用煤炭是非常重要一环，考虑到技术经济性，煤层气抽采和利用是目前煤矿区最为现实有效的降低碳排放方式，因此加大矿井煤层气开发利用，意义重大。

（四）矿区光伏发电

随着国民经济持续向好发展，能源需求与日俱增，减量煤炭消耗，必然需要清洁能源替代。我国光伏产业发展迅猛，可利用建设光伏电站的土地愈发紧缺，充分利用淘汰落后产能过程中废弃矿区工广、生产矿区屋顶、采煤沉陷稳沉区水面等可利用资源，大力发展光伏发电项目，既能解决土地资源有效利用问题，又对生态环境治理具有积极意义。

   淮河能源集团作为负责任的国企，主动担当，敢于实践，利用采矿沉陷区进行光伏电站建设，把光伏发电和矿山生态治理相结合。目前已建成投产李一矿废弃工业广场5.6MW光伏发电项目，孔李矿废弃工业广场18MW光伏发电项目，矿区屋顶8.7MW光伏发电项目。丁集煤矿采煤沉陷区水面光伏一期200MW正在建设中，丁集煤矿采煤沉陷区水面光伏二期359MW、潘三煤矿采煤沉陷区水面光伏100MW已进入前期设计阶段。

大力开发低碳能源，发展沉陷区光伏项目，依托生态修复，打造绿色经济新的增长点，仍是我们继续努力的方向。

（五）煤电一体化项目

淮河能源集团积极响应国家能源结构调整和支撑性电源建设政策，依托煤电一体化优势、区位优势、资源优势、负荷中心优势，加快建设“清洁高效煤电+新能源”基地。依托丁集煤矿建设的田集电厂(2×630MW+ 2×660MW)，依托顾北煤矿建设的凤台电厂(2×630MW+2×660MW)，依托顾桥煤矿建设的顾桥煤矸石电厂(2×330MW)，依托潘三煤矿建设的潘三电厂(2×135MW)，依托张集煤矿、朱集东煤矿等煤矿建设的潘集电厂（一期2×660MW），上述电厂均已建成投产，运营良好。

依托张集煤矿、朱集东煤矿等煤矿建设的潘集电厂（二期2×660MW），依托谢桥煤矿建设的谢桥电厂（2×660MW）今年开工建设，2025年底前投产运营。

后期建成以及即将开建的煤电一体化项目均采用超超临界燃煤机组，节能、减排效果达到国际先进水平，部分污染物能实现零排放。因临近煤矿，燃料直接取自矿井，减少了煤炭运输带来的污染与损耗；还可以充分消化和利用矿井煤泥，煤泥掺烧是节能减排重要指标；电厂产生的低压蒸汽供给矿井作为热源，矿井水深度处理后供给电厂循环利用，化害为利，变废为宝。淮河能源集团引领了煤电一体化产业创新实践，努力实现绿色循环示范产业园的建设目标。

五、结语

“沧桑百年，只争朝夕”，淮河能源集团立足自身能源资源条件和经济社会发展需求，对标“双碳”目标，依托科技创新和系统性变革，通过淘汰矿区35t/h以下燃煤锅炉，采用清洁能源替代；通过瓦斯发电、瓦斯氧化等瓦斯资源利用，消除瓦斯直排带来的温室效应；通过开展煤层气地面预抽，实现清洁能源充分利用；通过发展光伏＋采煤沉陷区综合治理项目，充分利用矿区土地资源；通过兴建煤电一体化项目，实现资源共享等实施方案，以及下步跨临界CO2的深部开采热害治理、煤层顶底板水平井分段分簇压裂、煤矸石充填开采等创新技术研究与实践，努力将淮河能源集团打造为“绿色、清洁、和谐、美丽、安全、高效、智慧、低碳”的新时代现代新型能源集团。

参考文献：

       [1]杨晋明.碳资产管理与煤矿瓦斯开发利用研究.山西焦煤科技，2017.

[2]李清亮.双碳背景下煤炭企业转型路径与发展方向.煤炭经济研究，2021.

[3]张宏，双碳愿景下背景下煤炭行业低碳可持续发展模式研究，煤炭经济研究，2023.